启迪云谈 | 浅谈IP地址与网络七层协议

做弱电的，网络是不可或缺的，与网络相关的ip地址接触最多，无论是弱电的哪方面，都需要跟ip地址打交道，并且对于在网络传输的七层协议也要有深入的了解，所以我们今天来聊一聊。

IP地址基本概念

IP地址在网络层将不同的物理网络地址统一到了全球唯一的IP地址上（屏蔽物理网络差异），是唯一标识互联网上计算机的逻辑地址（相当于手机号码，可以通过唯一的手机号码找到手机），所以IP地址也被称为互联网地址（可见其重要性）。

IP地址格式

我们目前常用的IPv4中规定，IP地址长度为32位二进制，在表示时，一般将32位地址拆分为4个8位二进制，再转为4个十进制数表示，每个数字之间用点隔开，如127．0．0．1（localhost），这种描述方式被称为“点－数表示法”。

子网：底层路由器的一个接口连接的所有网络设备称为一个子网，这个连接接口叫做网关。同子网通信不需要网关，异子网通信需要网关。

IP地址分配

IP地址分配的基本原则是：要为同一网络（子网、网段）内不同主机分配相同的网络号，不同的主机号。

IP地址常见分类

A类IP地址 ：一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”， 地址范围从1．0．0．0 到126．0．0．0。可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1亿多个主机。

B类IP地址 ：一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围从128．0．0．0到191．255．255．255。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机 。

C类IP地址 ：一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。范围从192．0．0．0到223．255．255．255。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。

D类地址用：于多点广播（Multicast），D类IP地址第一个字节以“1110”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。

E类IP地址 ：以“1111”开始，研究和试验用，为将来使用保留。

NAT地址转换

私网地址只能在局域网中使用，不同的局域网可以使用同样的私网地址，私网地址是不能出现在互联网上的。那么私网地址如何访问互联网呢？这就需要用到NAT地址转换，将内网地址映射到外网地址。

而NAT地址转换它实现内网的IP地址与公网的地址之间的相互转换，将大量的内网IP地址转换为一个或少量的公网IP地址，减少对公网IP地址的占用。

家庭网络普遍使用端口映射的方式，NAT的核心是一张映射表（源IP地址，源端口，目的IP地址，目的端口），将内网源IP地址和端口映射到同一个公网地址的不同端口。

总之，家庭网络由于网络规模比较小，通常使用了192．168开头的私网地址，光猫拨号获取了一个公网地址（或者运营商私网地址），通过NAT方式的映射到这个公网地址的不同端口，访问互联网。主要注意的NAT模式和路由模式是不同的。

其他IP地址

浮动IP：一个浮动IP通常是一个公开的、可以路由到的IP地址，并且不会自动分配给实体设备。项目管理者临时分配动态IP到一个或者多个实体设备。这个实体设备有自动分配的静态IP：用于内部网间设备的通讯。这个内部网使用私有地址，这些私有地址不能被路由到。通过浮动IP内网实体的服务才能被外网识别和访问。

虚拟IP：是一种不与特定计算机或者特定计算机网卡相对应的IP地址。所有发往这个IP地址的数据包最后都会经过真实的网卡到达目的主机的目的进程。

网络七层协议（Open System Interconnection）

网络七层协议（Open System Interconnection）

OSI是一个开放性的通信系统互连参考模型，他是一个定义得非常好的协议规范。OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。 OSI的7层从上到下分别是 7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层 ；其中高层（即7、6、5、4层）定义了应用程序的功能，下面3层（即3、2、1层）主要面向通过网络的端到端的数据流。

应用层

与其它计算机进行通讯的一个应用，网络服务与最终用户的一个接口，它是对应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序就需要实现OSI的第7层。示例：TELNET，HTTP，FTP，NFS，SMTP等。

表示层

这一层的主要功能是定义数据格式及加密，数据的表示、安全、压缩。例如，FTP允许你选择以二进制或ASCII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASCII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASCII后发送数据。在接收方将标准的ASCII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASCII等。

会话层

它定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向消息的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。

传输层

定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错校验。这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。

网络层

这层对端到端的包传输进行定义，它定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP，IPX等。

数据链路层

它定义了在单个链路上如何传输数据。将比特组合成字节进而组合成帧，用MAC地址访问介质，错误发现但不能纠正。示例：ATM，FDDI等。

物理层

OSI的物理层规范是有关传输介质的特性，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、帧、帧的使用、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：Rj45，802．3等。

七层协议的应用